合肥研究院在鈣鈦礦太陽電池研究方面取得新進展

　　中國科學院合肥物質科學研究院安徽光學精密機械研究所激光技術中心研究員方曉東課題組在鈣鈦礦太陽電池研究方面取得新進展，相關研究工作以Credible evidence for the passivation effect of remnant PbI2 in CH3NH3PbI3 films in improving the performance of perovskite solar cells 為題目發表于Nanoscale 雜志上（Nanoscale, 2016, 8: 6600-6608）。

　　 以鈣鈦礦型有機金屬鹵化物為光吸收材料的鈣鈦礦太陽電池（PSCs）是薄膜太陽電池的最新發展，目前經認證的最高光電轉換效率已達22.1%，超越了多晶硅太陽電池的最高光電轉換效率21.3%，因此，極具應用前景。CH3NH3PbI3是PSCs中最典型和最常用的光吸收材料，CH3NH3PbI3薄膜的制備過程中往往會有PbI2殘留，目前殘留PbI2的作用尚存爭議，一方觀點認為其可起到鈍化作用提高電池性能，另一方觀點則完全相反。

　　該課題組的研究人員認為PbI2能否起到鈍化作用并提升電池性能的關鍵在于PbI2存在的位置及存在的量。課題組博士王時茂等通過控制CH3NH3PbI3薄膜制備過程中的各項參數，獲得了PbI2含量和位置不同的CH3NH3PbI3薄膜。通過對CH3NH3PbI3薄膜熒光壽命的測量和對相應PSCs中暗電流和電荷復合阻抗的測量等，他們發現隨著CH3NH3PbI3/TiO2電子傳輸層界面PbI2含量的增加，CH3NH3PbI3薄膜的熒光壽命逐漸增加，電池的復合電阻也逐漸增大，即電池中電荷的復合被逐漸抑制，這說明此界面處的PbI2可以起到鈍化作用，抑制TiO2電子傳輸層中的電子和CH3NH3PbI3薄膜中空穴的復合；當殘留PbI2主要位于CH3NH3PbI3顆粒之間時，CH3NH3PbI3薄膜的熒光壽命和電池的復合阻抗顯著增加，此即CH3NH3PbI3顆粒之間PbI2的鈍化作用對電荷復合的抑制效果。本項研究為PSCs中PbI2的鈍化作用提供了直接證據，對未來PSCs的發展方向具有一定的參考意義。

　　上述研究工作得到了國家自然科學基金、中國博士后科學基金、“973”計劃和中科院新型薄膜太陽電池重點實驗室的支持。

　　圖：（A）0.8V偏壓下不同PbI2含量PSCs的電化學阻抗譜；（B）不同偏壓下不同PbI2含量PSCs的復合阻抗；（C）不同PbI2含量CH3NH3PbI3薄膜的熒光壽命譜。